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GB／T 38446-2020 微机电系统(MEMS)技术 带状薄膜抗拉性能的试验方法

ICS31.200 L 55

GB/T38446—2020

微机电系统（MEMS）技术

DBJ／T15-167-2019 生活垃圾卫生填埋场库区施工验收技术规范GB/T 38446—2020目次前言范围2规范性引用文件3术语和定义4试验方法5数据处理附录A（资料性附录）采用MEMS工艺的样品制备附录B（资料性附录）对准偏差和几何结构对性能测试的影响附录C（资料性附录）纳米压痕仪的测试结果误差及补偿参考文献10

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本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准由全国微机电技术标准化技术委员会（SAC/TC336)提出并归口。 本标准起草单位：北京大学、中机生产力促进中心、北京智芯传感科技有限公司、无锡华润上华科技 有限公司、中北大学、北京必创科技股份有限公司。 本标准主要起草人：张威、李海斌、张亚婷、朱悦、夏长奉、石云波、陈得民、马书娜、程红兵、周浩楠。

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微机电系统（MEMS）技术

本标准规定了带状薄膜抗拉性能的试验方法及数据处理。 本标准适用于厚度在50nm到数微米之间且长度和厚度的比值大于300的样品，也可用于MEMS 产品带状薄膜结构的质量监控

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T26111微机电系统（MEMS)技术术语

GB/T26111界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 弹性模量 modulus of elasticity E 材料在弹性变形阶段时，应力与应变的比值。 注：改写GB/T3102.3—1993，定义3.18.1。 3.2 屈服强度 yield strength Re 当材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。 注1：改写GB/T228.1—2010,定义3.10.2。 注2：对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是材料发生屈服现象时屈服极限的应力；对于屈服现象不明显的材料， 屈服强度为应变达到残余应变0.2%时的应力。 3.3 抗拉强度 tensilestrength Rm 材料拉断过程中对应的最大应力。 注：改写GB/T228.1—2010,定义3.10.1。 3.4 挠度 deflection 样品结构轴线在垂直于轴线方向的线位移或中面在垂直于中面方向的线位移

GB/T26111界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 弹性模量 modulus of elasticity E 材料在弹性变形阶段时，应力与应变的比值。 注：改写GB/T3102.3—1993,定义3.18.1。 3.2 屈服强度 yield strength Re 当材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。 注1：改写GB/T228.1—2010,定义3.10.2。 注2：对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是材料发生屈服现象时屈服极限的应力；对于屈服现象不明显的材料， 屈服强度为应变达到残余应变0.2%时的应力。 3.3 抗拉强度 tensilestrength Rm 材料拉断过程中对应的最大应力。 注：改写GB/T 228.1—2010,定义3.10.1。 3.4 挠度 deflection 样品结构轴线在垂直于轴线方向的线位移或中面在垂直于中面方向的线位移

GB/T38446—20203.5偏转角deflection angleβ弯曲的样品和连接样品两固定端直线间的夹角。注：本标准所指样品均为带状弯曲样品。4试验方法4.1试验环境温度：15℃~35℃；相对湿度：20%~80%；大气压力：86kPa~106kPa。4.2样品要求4.2.1样品的加工和尺寸样品应使用和实际器件相同的加工工艺附录A描述了一种基于MEMS工艺的样品加工方法。样品形状和符号定义分别如图1和表1所示。设计样品时，应最小化弯矩的影响，样品的长度宜大于厚度的300倍；宽度宜大于厚度的10倍；长度宜大于宽度的10倍。样品应保证平直。2L薄膜B图1薄膜样品表1样品符号和定义符号单位定义2Lum样品长度Bμm样品宽度hμm样品厚度4.2.2样品的尺寸测量长度（2L）、宽度（B）和厚度（h）的测量误差应在士5%之内。2

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试验设备是由驱动器、载荷尖端、对准装置、力和位移传感器组成的力学测试系统，如纳米压痕仪。 各试验设备的详细要求如下所述： a） 驱动器：所有可以线性运动的激励设备均能用于此试验，如压电驱动器、音圈驱动器、伺服电机 等，分辨率应优于样品最大挠度的1/1000； b） 载荷尖端：载荷尖端向样品施加线接触力，其形状就像传统的楔形压头尖端，尖端可由金刚石、 蓝宝石等硬质材料制成，尖端的半径应接近或大于样品厚度，且小于L/50（见表1）； 对准装置：安装在测量设备上的载荷尖端应与位移检测的轴向和负载对准，且偏差小于1°；尖 端表面还应和样品表面对齐，且偏差小于1°（参见附录B中关于角度的对准偏差对性能测试 的影响），宜使用可倾斜的平台安装设备以便调整偏转角，尖端应安装在样品中心，且误差在 L/100以内； d）力和位移传感器：力和位移传感器分辨率应优于1/1000，误差应在土1%之内。可以使用电容 式、线性差动变压器式或光学式位移传感器

4.4.1测量样品的记录长度（2L）、宽度（B）和厚度（h）。 4.4.2将包含有样品的衬底粘贴在样本夹具上。推荐使用如磁性粘贴、静电粘贴、胶粘剂粘合等方式 安装样品。 4.4.3将样品放置于测试台上，调整位置，使载荷尖端的平面与样品的表面平行且位于样品表面的几 何中心，并用光学显微镜进行检查。载荷尖端与样品间的位移和角度对准偏差会影响试验结果，参见附 录B。 4.4.4确定样品的参考位置。参考位置是指样品的上表面的位置。这个位置可通过光学显微镜或三 饮连续测试进行确定。当载荷尖端接触条带时，可通过光学显微镜观察到带状结构的微小形变。测试 条带上连接基片固定两端的表面位置和中心的表面位置，三个表面位置的平均值即视为样品条带的参 考位置，见图2

4.4.1测量样品的记录长度（2L）、宽度（B）和厚度（h）。

图2用于确定样品参考位置的三次连续测试

图3条带弯曲试验示意图

通过4.4试验得到的相关参数计算以下性能参数： a）在弯矩可忽略和样品各处应变相同的假设基础上可以通过式（1）和式（2）计算应力和应变DB34／T 1981-2013 安徽省公路水运工程梁式支架技术规程，见 图3。

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样品可以通过MEMS工艺制备。针对不同的测试材料和器件，可以开发不同的MEMS工艺流程。 图A.1介绍了一种MEMS工艺流程，详细描述如下： a）在Si圆片上沉积氧化物薄膜。 b） 在氧化物薄膜上沉积测试材料薄膜。Au，Mo，SiNr可用作测试材料。可淀积粘合剂层以增 强氧化物薄膜和测试材料薄膜间的附着力。为了最小化测量时的刚度效应，粘合剂层的厚度 一定要谨慎选择。 图形化测试材料薄膜以固定样品的形状。 d） 用氧化物或光刻胶钝化层保护图形化的样品。 制作独立式的薄膜，使用DRIE刻蚀Si基片背面。 f 移除光刻胶或氧化物得到独立式的薄膜

图A.1样品的工艺流程图

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样品的尺寸可用多种方法进行测量 测量样品的厚度可用台阶仪或AFM（原子力显微镜）测量；样 品的宽度和长度可用电子显微镜甚至光学显微镜测量。为防止薄膜由残余压应力产生屈曲，条带上连 接基片的固定两端的长度即可认为是样品的长度

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DB15／T 1641-2019 煤化工企业输煤栈桥施工技术规范(蒙)附录B （资料性附录） 对准偏差和几何结构对性能测试的影响